JP2011011045A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波プローブと超音波診断装置本体との間でデータ伝送を行う超音波診断装置において、超音波プローブの小型化又は低消費電力化を実現しつつ、データ伝送におけるデータ量を低減して伝送品質を高める。
【解決手段】この超音波診断装置は、複数の素子の第１の部分集合から被検体内の組織のエリアをカバーする幅広の第１の超音波ビームが送信されるように複数の駆動信号を生成した後に、第１の部分集合から素子１個分よりも多くシフトされた複数の素子の第２の部分集合から第２の超音波ビームが送信されるように複数の駆動信号を生成すると共に、複数の受信信号に基づいて生成された組織のエリアの情報を含むパラレルの生データをシリアルの生データに変換して送信する超音波プローブと、超音波プローブから送信される生データに受信フォーカス処理を施して画像信号を生成する超音波診断装置本体とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波診断画像を生成する超音波診断装置に関する。

医療分野においては、被検体の内部を観察して診断を行うために、様々な撮像技術が開発されている。特に、超音波を送受信することによって被検体の内部情報を取得する超音波撮像は、リアルタイムで画像観察を行うことができる上に、Ｘ線写真やＲＩ（radio isotope）シンチレーションカメラ等の他の医用画像技術と異なり、放射線による被曝がない。そのため、超音波撮像は、安全性の高い撮像技術として、産科領域における胎児診断の他、婦人科系、循環器系、消化器系等を含む幅広い領域において利用されている。

超音波撮像の原理は、次のようなものである。超音波は、被検体内における構造物の境界のように、音響インピーダンスが異なる領域の境界において反射される。そこで、超音波ビームを人体等の被検体内に送信し、被検体内において生じた超音波エコーを受信して、超音波エコーが生じた反射位置や反射強度を求めることにより、被検体内に存在する構造物（例えば、内臓や病変組織等）の輪郭を抽出することができる。

一般に、超音波診断装置においては、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサ（振動子）を含む超音波プローブが用いられる。超音波エコーを受信した振動子から出力される受信信号は、超音波の焦点からそれぞれの振動子までの距離の差に応じた遅延を伴うので、振動子の位置に応じた遅延をそれらの受信信号に与えた後にそれらの受信信号を加算することによって、特定の位置に焦点を結ぶビームフォーミング処理（受信フォーカス処理）が行われる。その際に、複数の受信信号が加算されるまでは、それらの受信信号は並列データとして扱われる。

この受信フォーカス処理は、通常、ディジタル信号処理によって行われる。即ち、Ａ／Ｄ変換された受信信号は、メモリに蓄えられた後、読み出し時刻を随時変えながら読み出され、適度に補間処理が施されて加算される。複数の受信信号が加算されると、信号のチャンネル数が１つになるので、無線通信によって信号伝送を行うことも可能となる。従って、受信フォーカス処理を行うための回路を超音波プローブの中に組み込めば、超音波プローブと超音波診断装置本体とを接続する信号線の本数を低減したり、ワイアレス化を図ることができる。

しかしながら、受信フォーカス処理においては、受信信号に与える遅延量が焦点の位置によって異なるので、メモリからの読み出し時刻の制御は極めて複雑となり、大規模な回路が必要になる。そのような回路を超音波プローブの中に組み込むと、もはや片手で容易に操作できるような実用的な大きさではなくなってしまう。また、超音波診断装置本体が、ビームフォーミング後のデータを受信して順次画像化するので、伝送品質が悪い場合には、あるラインについてのデータの受信が遅れる等により、動画がスムーズに再生できないという問題がある。

関連する技術として、特許文献１には、高精細化に伴い振動素子数が増加しても伝送ケーブルの細径化、軽量化が可能であり、操作性の維持及び向上を行うことのできる超音波探触子を有する超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置は、複数の振動素子を用いて生体に対して超音波パルスの送受波を行う超音波探触子と、当該超音波探触子に伝送ケーブルを介して接続され超音波探触子から超音波パルスを送波するための送波信号の生成及び生体で反射して超音波探触子で受波した超音波パルス（エコー）に基づく受波信号から超音波画像を形成する装置本体とを含み、伝送ケーブルを介して超音波探触子と装置本体との間で受け渡しされる送波信号及び受波信号が、伝送前に各振動素子に対応して時分割的に区切られてチップ化され、各チップが、伝送ケーブル内の共用信号線を利用して順次伝送されることを特徴とする。

しかしながら、特許文献１の超音波診断装置においては、各振動素子から出力される受波信号がそのままの帯域で伝送されるので、データ量を削減することができず、高い伝送レートが必要となる。また、受波信号が時分割によって伝送されるので、伝送後にビームフォーミング処理を確実に行えるという保証がない。

特許文献２には、超音波プローブの操作性向上を始めとして超音波検査者の作業性を向上することを目的とする超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置は、（ｉ）超音波トランスデューサと、超音波トランスデューサを介して被検体との間で超音波信号を送受信する超音波信号送受信手段と、この超音波信号送受信手段の出力から超音波ビームデータを生成する超音波ビーム形成手段と、超音波ビームデータを、画像データを生成するためのデータに変換する信号処理手段と、変換された超音波ビームデータを無線信号により送信する無線通信手段と、超音波信号収集を制御するための操作手段とを有する超音波収集／操作ユニットと、（ii）超音波ビームデータを無線により受信する無線受信手段と、超音波ビームデータから画像データを生成する画像生成手段と、画像データを表示する画像表示手段とを有する超音波画像生成表示ユニットとに物理的に分離可能に構成されていることを特徴とする。

しかしながら、特許文献２の超音波診断装置においては、複数の超音波トランスデューサから出力される受波信号がビームフォーミング後にシリアル化されるので、従来の超音波診断装置におけるフロントエンド回路を超音波収集／操作ユニット内にまるごと収めなければならない。従って、回路規模が膨大となるばかりでなく、シリアル通信のための伝送速度も高速である必要がある。

特許文献３には、超音波プローブと装置本体との間で無線伝送を行うワイアレス超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置においては、超音波プローブが、複数の振動子と、それらの振動子に対応した増幅器及びＡ／Ｄ変換器と、ディジタルビームフォーマと、ＰＳ変換部と、制御データ挿入部と、変調器と、電力増幅器とを含んでおり、超音波プローブ内においてディジタルビームフォーミング処理が行われて整相加算データが生成され、さらに、整相加算データがパラレル／シリアル変換される。

しかしながら、特許文献３の超音波診断装置においては、複数の振動子から出力される受波信号がビームフォーミング後にシリアル化されるので、従来の超音波診断装置におけるフロントエンド回路を超音波プローブ内にまるごと収めなければならない。従って、回路規模が膨大となるばかりでなく、シリアル通信のための伝送速度も高速である必要がある。

特許文献４及び５には、超音波トランスデューサアレイから送信される超音波ビームの幅を広げてブロードビームとしながらも、解像度を低減させずに超音波画像を生成する超音波診断装置が開示されている。しかしながら、特許文献４及び５には、超音波プローブから超音波診断装置本体に受信信号を伝送する際に超音波プローブ内部においてデータ量を削減することについての開示はない。

特開２００３−２９９６４８号公報（第３頁、図１） 特開２００２−８５４０５号公報（第５頁、図３） 特開２００８−１８１０７号公報（第４−５頁、図１） 米国特許第６，２５１，０７３号明細書（特表２００３−５０７１１４号公報（第１３−１８頁、図４）） 米国特許第６，７７３，３９９号明細書（特許第４２８２３０３号公報（第１２−１３頁、図５））

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、超音波プローブと超音波診断装置本体との間でデータ伝送を行う超音波診断装置において、超音波プローブの小型化又は低消費電力化を実現しつつ、データ伝送におけるデータ量を低減して伝送品質を高めることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る超音波診断装置は、（ｉ）複数の駆動信号に従って超音波ビームを送信すると共に、超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、複数の超音波トランスデューサの第１の部分集合から被検体内の組織のエリアをカバーする幅広の第１の超音波ビームが送信されるように複数の駆動信号を生成した後に、第１の部分集合から超音波トランスデューサ１個分よりも多くシフトされた複数の超音波トランスデューサの第２の部分集合から被検体内の組織のエリアをカバーする幅広の第２の超音波ビームが送信されるように複数の駆動信号を生成することにより、超音波ビームを形成するために使用される超音波トランスデューサの組をシフトさせる駆動信号生成手段と、複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号に基づいて、組織のエリアの情報を含むパラレルの生データを生成する受信信号処理手段と、受信信号処理手段によって生成されたパラレルの生データをシリアルの生データに変換するパラレル／シリアル変換手段と、パラレル／シリアル変換手段によって変換されたシリアルの生データを送信する通信手段とを含む超音波プローブと、（ii）超音波プローブから送信される生データに受信フォーカス処理を施して画像信号を生成する画像形成手段を含む超音波診断装置本体とを具備する。

本発明の１つの観点によれば、超音波プローブ内で受信フォーカス処理を行わないので超音波プローブの小型化又は低消費電力化が実現されると共に、超音波ビームを形成するために使用される超音波トランスデューサの組を超音波トランスデューサ１個分よりも多くシフトさせることにより、超音波を送受信する回数を削減できるので、データ伝送におけるデータ量を低減して伝送品質を高めることが可能である。

本発明の一実施形態に係る超音波診断装置における超音波プローブの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る超音波診断装置における超音波診断装置本体の構成を示すブロック図である。 超音波ビームを形成するために使用される超音波トランスデューサの組のシフトを示す図である。 図１に示す受信信号処理部の第１の構成例を示す図である。 図４に示すＡＤＣによるサンプリングを示す波形図である。 図４に示すサンプリング部によるサンプリングを示す波形図である。 図１に示す受信信号処理部の第２の構成例を示す図である。 図１に示す受信信号処理部の第３の構成例を示す図である。 図７に示す直交サンプリング部の動作を説明するための波形図である。 従来の超音波送受信方法を示す図である。 従来の超音波送受信方法における送信タイミング及びデータ処理を示すタイミングチャートである。 従来の超音波送受信方法を実施するための超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る超音波診断装置において用いられる超音波送受信方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る超音波診断装置において用いられる超音波送受信方法における送信タイミング及びデータ処理を示すタイミングチャートである。 本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成の一部を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る超音波診断装置において用いられる超音波送受信方法の変形例を示す図である。 隣接する２つのエリア間で互いにオーバーラップする量がフレーム間で異なる例を示す図である。 隣接する２つのエリア間で互いにオーバーラップする量がフレーム間で異なる例を示す図である。 隣接する２つのエリア間で互いにオーバーラップする量が１フレーム内で異なる例を示す図である。 図１に示す超音波プローブの第１の変形例を示すブロック図である。 図１３に示す超音波プローブにおけるブロックスイッチングの例を示す図である。 図１に示す超音波プローブの第２の変形例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置における超音波プローブの構成を示すブロック図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置における超音波診断装置本体の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る超音波診断装置は、図１に示す超音波プローブ１と、図２に示す超音波診断装置本体２とによって構成される。超音波プローブ１は、リニアスキャン方式、コンベックススキャン方式、セクタスキャン方式等の体外式プローブでも良いし、ラジアルスキャン方式等の超音波内視鏡用プローブでも良い。

図１に示すように、超音波プローブ１は、１次元又は２次元のトランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサ１０と、送信遅延パターン記憶部１１と、送信制御部１２と、駆動信号生成部１３と、受信制御部１４と、複数チャンネルの受信信号処理部１５と、パラレル／シリアル変換部１６と、メモリ１７と、無線通信部１８と、通信制御部１９と、操作スイッチ２１と、制御部２２と、格納部２３と、バッテリ制御部２４と、電源スイッチ２５と、バッテリ２６と、受電手段２７とを有している。ここで、送信遅延パターン記憶部１１〜駆動信号生成部１３は、複数の超音波トランスデューサ１０に供給される複数の駆動信号を生成する駆動信号生成手段を構成している。

複数の超音波トランスデューサ１０は、印加される複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に、伝搬する超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する。各超音波トランスデューサ１０は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極を形成した振動子によって構成される。

そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮する。この伸縮により、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生し、それらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。

送信遅延パターン記憶部１１は、複数の超音波トランスデューサ１０から送信される超音波によって超音波ビームを形成する際に用いられる複数の送信遅延パターンを記憶している。送信制御部１２は、制御部２２において設定された送信方向に応じて、送信遅延パターン記憶部１１に記憶されている複数の送信遅延パターンの中から１つの送信遅延パターンを選択し、選択された送信遅延パターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ１０の駆動信号にそれぞれ与えられる遅延時間を設定する。

駆動信号生成部１３は、例えば、複数の送信回路として複数のパルサを含んでおり、送信制御部１２によって選択された送信遅延パターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ１０から送信される超音波が被検体内の組織のエリアをカバーする幅広の超音波ビームを形成するように複数の駆動信号の遅延量を調節して複数の超音波トランスデューサ（以下、「素子」ともいう）１０に供給する。

ここで、駆動信号生成部１３は、複数の素子の第１の部分集合から被検体内の組織のエリアをカバーする幅広の第１の超音波ビームが送信されるように複数の駆動信号を生成した後に、第１の部分集合から素子１個分よりも多くシフトされた複数の素子の第２の部分集合から被検体内の組織のエリアをカバーする幅広の第２の超音波ビームが送信されるように複数の駆動信号を生成することにより、超音波ビームを形成するために使用される素子の組をシフトさせるブロックスイッチングを行う。例えば、第２の部分集合は、第１の部分集合から、第２の部分集合に含まれている素子数の少なくとも５０％の素子数分だけシフトされるようにしても良い。

このように、超音波ビームを形成するために使用される素子の組を素子１個分よりも多くシフトすることにより、超音波を送受信する回数を削減して、超音波プローブから超音波診断装置本体に送信するデータ量を削減することができる。従って、伝送ビットレートを低減して伝送品質を高めることが可能である。また、超音波プローブと超音波診断装置本体との間における伝送品質が悪い場合に、データを再送することが容易になる。

図３は、超音波ビームを形成するために使用される超音波トランスデューサの組のシフトを示す図である。図３においては、超音波を送信する超音波トランスデューサが、ハッチングで示されている。また、超音波トランスデューサの番号は、図中左端から付されるものとする。

第１回目の送信時において、図３の（ａ）に示すように、第１〜第５の素子によって構成される第１の部分集合１０ａが、第１の超音波ビームを形成するために使用される。第２回目の送信時において、図３の（ｂ）に示すように、第３〜第７の素子によって構成される第２の部分集合１０ｂが、第２の超音波ビームを形成するために使用される。この例においては、超音波ビームを形成するために使用される素子の組の中心が、素子２個分だけシフトされたことになる。

図３の（ｂ）の替わりに、図３の（ｃ）のように超音波トランスデューサの組をシフトしても良い。第２回目の送信時において、図３の（ｃ）に示すように、第２〜第７の素子によって構成される第２の部分集合１０ｃが、第２の超音波ビームを形成するために使用される。この例においては、超音波ビームを形成するために使用される素子の組の中心が、素子１．５個分だけシフトされたことになる。

あるいは、図３の（ｂ）の替わりに、図３の（ｄ）のように超音波トランスデューサの組をシフトしても良い。第２回目の送信時において、図３の（ｄ）に示すように、第３〜第６の素子によって構成される第２の部分集合１０ｄが、第２の超音波ビームを形成するために使用される。この例においては、超音波ビームを形成するために使用される素子の組の中心が、素子１．５個分だけシフトされたことになる。

図３の（ｂ）の後に、第３回目の送信時において、図３の（ｅ）に示すように、第５〜第９の素子によって構成される第３の部分集合１０ｅが、第３の超音波ビームを形成するために使用される。この例においては、超音波ビームを形成するために使用される素子の組の中心が、素子２個分だけシフトされたことになる。

さらに、超音波ビームの幅を通常よりも広く設定することにより、１本の超音波ビームが、１本のラインではなく被検体内の組織のエリアをカバーすることができる。複数の素子から順次送信される超音波ビームによってカバーされる隣接する２つのエリアは、互いにオーバーラップしても良いし、オーバーラップしなくても良い。

隣接する２つのエリアが互いにオーバーラップする場合には、オーバーラップ量は、例えば、１３％よりも小さく設定され（８素子中１素子）、又は、３４％よりも小さく設定され（３素子中１素子）、又は、８８％よりも小さく設定される（８素子中７素子）。このように、幅の広い超音波ビームが互いにオーバーラップすることにより、１つのサンプリングポイントについて受信信号が複数回得られるので、超音波ビームを形成するために使用される素子の組を素子１個分よりも多くシフトさせても、良好な解像度を維持することができる。

再び図１を参照すると、受信制御部１４は、複数チャンネルの受信信号処理部１５の動作を制御する。各チャンネルの受信信号処理部１５は、対応する超音波トランスデューサ１０から出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成し、複素ベースバンド信号をサンプリングすることにより、被検体内の組織のエリアの情報を含む生データ（サンプルデータ）を生成して、生データをパラレル／シリアル変換部１６に供給する。さらに、受信信号処理部１５は、複素ベースバンド信号をサンプリングして得られるデータに高能率符号化のためのデータ圧縮処理を施すことにより生データを生成しても良い。データ圧縮処理としては、ランレングス圧縮やハフマン符号化等を用いることができる。

図４は、図１に示す受信信号処理部の第１の構成例を示す図である。図４に示すように、各チャンネルの受信信号処理部１５は、プリアンプ１５１と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５２と、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）１５３と、直交検波処理部１５４と、サンプリング部１５５ａ及び１５５ｂと、メモリ１５６ａ及び１５６ｂとを含んでいる。ここで、プリアンプ１５１〜直交検波処理部１５４は、各超音波トランスデューサから出力される受信信号に対して直交検波処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成する信号前処理手段を構成している。

プリアンプ１５１は、超音波トランスデューサ１０から出力される受信信号（ＲＦ信号）を増幅し、ＬＰＦ１５２は、プリアンプ１５１から出力される受信信号の帯域を制限することにより、Ａ／Ｄ変換におけるエリアジングを防止する。ＡＤＣ１５３は、ＬＰＦ１５２から出力されるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換する。

例えば、超音波の周波数が５ＭＨｚ程度であるとすれば、４０ＭＨｚのサンプリング周波数が用いられる。その場合に、１サンプルに相当する生体内距離は約０．０３８ｍｍとなるので、４０９６サンプルで約１５．７ｃｍの深度までのデータが得られることになる。受信開口における超音波トランスデューサの数を６４個とし、超音波診断画像の１フレームについて１００本の超音波受信ライン（音線）が必要であるとすれば、１フレームの画像を表示するために必要なデータ量は、４０９６×６４×１００≒２６×１０^６個となり、毎秒１０フレームの画像を表示するためには、約２６０×１０^６個／秒のデータ転送が必要となる。ここで、超音波診断画像に必要な分解能は、通常、１個のデータについて１２ビット程度であるから、上記のデータを伝送するためには、約３１２０Ｍｂｐｓの伝送ビットレートが必要となる。

このように、ＲＦ信号のままでデータの直列化を行うと、伝送ビットレートが極めて高くなり、通信速度やメモリの動作速度がそれに追いつかない。一方、背景技術の説明において述べたように、受信フォーカス処理の後でデータの直列化を行うと、伝送ビットレートを低減することができる。しかしながら、受信フォーカス処理のための回路は、規模が大きく、超音波プローブの中に組み込むことは困難である。そこで、本実施形態においては、受信信号に対して直交検波処理等を施して受信信号の周波数帯域をベースバンド周波数帯域に落としてからデータの直列化を行うことにより、伝送ビットレートを低減させている。

直交検波処理部１５４は、受信信号に対して直交検波処理を施し、複素ベースバンド信号（Ｉ信号及びＱ信号）を生成する。図４に示すように、直交検波処理部１５４は、ミキサ（掛算回路）１５４ａ及び１５４ｂと、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５４ｃ及び１５４ｄとを含んでいる。ミキサ１５４ａが、局部発振信号ｃｏｓω_０ｔを受信信号に掛け合わせて、ＬＰＦ１５４ｃが、ミキサ２５ａから出力される信号にローパスフィルタ処理を施すことにより、実数成分を表すＩ信号が生成される。一方、ミキサ１５４ｂが、局部発振信号ｃｏｓω_０ｔの位相をπ／２だけ回転させた局部発振信号ｓｉｎω_０ｔを受信信号に掛け合わせて、ＬＰＦ１５４ｄが、ミキサ２５ｂから出力される信号にローパスフィルタ処理を施すことにより、虚数成分を表すＱ信号が生成される。

サンプリング部１５５ａ及び１５５ｂは、直交検波処理部１５４によって生成された複素ベースバンド信号（Ｉ信号及びＱ信号）をサンプリング（再サンプリング）することにより、２チャンネルの生データをそれぞれ生成する。生成された２チャンネルの生データは、メモリ１５６ａ及び１５６ｂにそれぞれ格納される。

ここで、ベースバンド信号を、ベースバンド周波数帯域の２倍の周波数でサンプリングすれば、信号情報は保持される。従って、サンプリング周波数は、５ＭＨzであれば十分である。これにより、ＲＦ信号のままでデータの直列化を行う場合と比較して、サンプリング周波数が４０ＭＨzから５ＭＨzに低下するので、データ量は１／８となり、約１５．７ｃｍの深度までのサンプル数が５１２個となる。ただし、包絡線検波によって信号情報を維持するためには、位相情報を保持しなければならないので、直交検波処理等によって複素ベースバンド信号（Ｉ信号及びＱ信号）を生成する必要があり、データのチャンネル数が２倍となる。

従って、１フレームの画像を表示するために必要なデータ量は、５１２×６４×１００×２≒約６．６×１０^６個となり、毎秒１０フレームの画像を表示するためには、分解能を１２ビットとして、約７９２Ｍｂｐｓの伝送ビットレートが必要となる。また、サンプリング周波数を２．５ＭＨzとすれば、約１５．７ｃｍの深度までのサンプル数が２５６個となり、データ量をさらに半分に低減することができるので、伝送ビットレートを約３９６Ｍｂｐｓにすることができる。

図５Ａ及び図５Ｂは、図４に示すＡＤＣによるサンプリングとサンプリング部によるサンプリングとを比較して示す波形図である。図５Ａは、３つのチャンネルＣｈ．１〜Ｃｈ．３について、ＡＤＣ１５３によるサンプリングを示しており、図５Ｂは、３つのチャンネルＣｈ．１〜Ｃｈ．３について、サンプリング部１５５ａによるサンプリングを示している。図５Ａに示すようにＲＦ信号をサンプリングして生データを伝送する場合と比較して、図５Ｂに示すようにベースバンド信号をサンプリングして生データを伝送することにより、伝送ビットレートを大幅に低減することができる。

図６は、図１に示す受信信号処理部の第２の構成例を示す図である。図６に示す第２の構成例においては、図４に示す第１の構成例におけるサンプリング部１５５ａ及び１５５ｂの替わりに時分割サンプリング部１５５ｃが設けられており、メモリ１５６ａ及び１５６ｂの替わりにメモリ１５６ｃが設けられている。

時分割サンプリング部１５５ｃは、直交検波処理部１５４によって生成されるＩ信号及びＱ信号を交互に時分割でサンプリング（再サンプリング）することにより、２系列の生データを生成する。例えば、時分割サンプリング部１５５ｃは、Ｉ信号を局部発振信号ｃｏｓω_０ｔの位相に同期してサンプリングし、Ｑ信号を局部発振信号ｓｉｎω_０ｔの位相に同期してサンプリングする。生成された２系列の生データは、メモリ１５６ｃに格納される。これにより、メモリ回路を１系統にすることができる。

図７は、図１に示す受信信号処理部の第３の構成例を示す図である。図７に示す第３の構成例においては、図６に示す第２の構成例におけるミキサ１５４ａ及び１５４ｂの替わりに直交サンプリング部１５４ｅが設けられている。ここで、プリアンプ１５１〜ＬＰＦ１５４ｃ及び１５４ｄは、各超音波トランスデューサから出力される受信信号に対して直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成する信号前処理手段を構成している。

図８は、図７に示す直交サンプリング部の動作を説明するための波形図である。直交サンプリング部１５４ｅは、ＡＤＣ１５３によってディジタル信号に変換された受信信号を局部発振信号ｃｏｓω_０ｔの位相に同期してサンプリングして第１の信号系列を生成すると共に、受信信号を局部発振信号ｓｉｎω_０ｔの位相に同期してサンプリングして第２の信号系列を生成する。

さらに、ＬＰＦ１５４ｃが、直交サンプリング部１５４ｅから出力される第１の信号系列にローパスフィルタ処理を施すことにより、実数成分を表すＩ信号が生成され、ＬＰＦ１５４ｄが、直交サンプリング部１５４ｅから出力される第２の信号系列にローパスフィルタ処理を施すことにより、虚数成分を表すＱ信号が生成される。これにより、図６に示すミキサ１５４ａ及び１５４ｂを省略することができる。

再び図１を参照すると、パラレル／シリアル変換部１６は、複数チャンネルの受信信号処理部１５によって生成されたパラレルの生データを、シリアルの生データに変換する。例えば、パラレル／シリアル変換部１６は、６４個の超音波トランスデューサから出力される６４個の受信信号に基づいて得られる１２８チャンネルのパラレルの生データを、１つ又は複数のチャンネルのシリアルの生データに変換する。これにより、超音波トランスデューサの数と比較して、伝送チャンネルの数が大幅に低減される。メモリ１７は、パラレル／シリアル変換部１６によって変換されたシリアルの生データを一時的に格納する。

無線通信部１８は、シリアルの生データに基づいてキャリアを変調して伝送信号を生成し、伝送信号をアンテナに供給してアンテナから電波を送信することにより、シリアルの生データを送信する。変調方式としては、例えば、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（16 Quadrature Amplitude Modulation）等が用いられる。ＡＳＫ又はＰＳＫを用いる場合には、１系統で１チャンネルのシリアルデータを伝送することが可能であり、ＱＰＳＫを用いる場合には、１系統で２チャンネルのシリアルデータを伝送することが可能であり、１６ＱＡＭを用いる場合には、１系統で４チャンネルのシリアルデータを伝送することが可能である。

無線通信部１８は、超音波診断装置本体２（図２）との間で無線通信を行うことにより、生データを超音波診断装置本体２に送信すると共に、超音波診断装置本体２から各種の制御信号を受信して、受信された制御信号を通信制御部１９に出力する。通信制御部１９は、制御部２２によって設定された送信電波強度で生データの送信が行われるように無線通信部１８を制御すると共に、無線通信部１８が受信した各種の制御信号を制御部２２に出力する。制御部２２は、超音波診断装置本体２から送信される各種の制御信号に基づいて、超音波プローブ１の各部を制御する。

操作スイッチ２１は、超音波診断装置をライブモードやフリーズモードに設定するためのスイッチを含んでいる。ライブモード又はフリーズモードの設定信号は、生データと共に伝送信号に含まれて、超音波診断装置本体２に送信される。なお、ライブモードとフリーズモードとの切換は、超音波診断装置本体２において行われるようにしても良い。

バッテリ２６は、電力を必要とする駆動信号生成部１３や受信信号処理部１５等の各部に電力を供給する。超音波プローブ１には電源スイッチ２５が設けられており、バッテリ制御部２４は、電源スイッチ２５の状態に基づいて、バッテリ２６から各部に電力を供給するか否かを制御する。バッテリ２６は、受電手段２７を用いて充電が可能となっている。

以上において、送信制御部１２、受信制御部１４、直交検波処理部１５４（図４）、サンプリング部１５５ａ及び１５５ｂ（図４）、パラレル／シリアル変換部１６、通信制御部１９、制御部２２、及び、バッテリ制御部２４等は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array：現場でプログラミング可能なゲートアレイ）等のディジタル回路によって構成しても良いし、中央演算装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵに各種の処理を行わせるためのソフトウェア（プログラム）とによって構成しても良い。上記のソフトウェア（プログラム）は、格納部２３に格納される。

汎用回路であるＦＰＧＡを用いる場合には、回路規模を縮小しても、内蔵される電子部品の数にはあまり影響しない。しかしながら、回路規模が小さくなるとＦＰＧＡの容量が小さくて済むので、より小さな電子部品を使用することが可能となり、実装面積に大きく影響する。あるいは、直交検波処理部１５４をアナログ回路によって構成しても良い。その場合には、ＡＤＣ１５３が省略され、サンプリング部１５５ａ及び１５５ｂによって複素ベースバンド信号のＡ／Ｄ変換が行われる。

一方、図２を参照すると、超音波診断装置本体２は、無線通信部３１と、通信制御部３２と、受信状態検出部３３と、シリアル／パラレル変換部３４と、データ格納部３５と、画像形成部３６と、表示制御部３７と、表示部３８と、操作部４１と、制御部４２と、格納部４３と、電源制御部４４と、電源スイッチ４５と、電源部４６と、給電手段４７とを有している。

無線通信部３１は、超音波プローブ１（図１）との間で無線通信を行うことにより、各種の制御信号を超音波プローブ１に送信する。また、無線通信部３１は、アンテナによって受信される信号を復調することにより、シリアルの生データを出力する。

通信制御部３２は、制御部４２によって設定された送信電波強度で各種の制御信号の送信が行われるように無線通信部３１を制御する。また、受信状態検出部３３は、超音波プローブ１から送信される生データの受信状態を検出して、検出結果を制御部４２に出力する。受信状態の検出は、無線通信部３１によって受信されるキャリアのレベルに基づいて行っても良い。あるいは、超音波プローブ１の無線通信部１８によって生データにエラー訂正コードを付加しておき、無線通信部３１が生データのエラー検出及びエラー訂正を行い、受信状態検出部３３が、無線通信部３１において得られるエラーレートに基づいて受信状態の検出を行っても良い。

制御部４２は、受信状態検出部３３によって検出された受信状態が所定のレベル以下であるときに、超音波プローブ１に再送要求を送信するように、通信制御部３２を介して無線通信部３１を制御する。図１に示す超音波プローブ１の制御部２２は、超音波診断装置本体２からの再送要求に応じて、メモリ１７から読み出される生データを無線通信部１８に送信させる。これにより、伝送品質が悪い場合でも、エラーなく超音波診断画像を表示することが可能となる。

シリアル／パラレル変換部３４は、無線通信部３１から出力されるシリアルの生データを、例えば、６４個の超音波トランスデューサから出力される受信信号に基づいて得られる６４個の複素ベースバンド信号を表す１２８チャンネルのパラレルの生データに変換する。データ格納部３５は、メモリ又はハードディスク等によって構成され、シリアル／パラレル変換部３４によって変換された少なくとも１フレーム分の生データを格納する。

画像形成部３６は、データ格納部３５から読み出される１フレーム毎の生データに受信フォーカス処理を施して、超音波診断画像を表す画像信号を生成する。このように、１フレーム毎の生データを取得してから画像信号を生成して動画を表示することにより、フレーム内における画像欠損や送信遅れの影響を防止することができる。画像形成部３６は、受信遅延パターン記憶部３６１と、整相加算部３６２と、画像処理部３６３と、表示タイミング制御部３６４とを含んでいる。

受信遅延パターン記憶部３６１は、受信フォーカス処理を行う際に用いられる複数の受信遅延パターンを記憶している。整相加算部３６２は、制御部４２において設定された受信方向に応じて、受信遅延パターン記憶部３６１に記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つの受信遅延パターンを選択し、選択された受信遅延パターンに基づいて、生データによって表される複数の複素ベースバンド信号にそれぞれの遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれたベースバンド信号（音線信号）が生成される。

図９Ａは、従来の超音波送受信方法を示す図である。図９Ａに示す超音波送受信方法においては、超音波プローブ５に含まれている複数の超音波トランスデューサ（単に、「素子」ともいう）から１本のラインに沿った超音波ビームが送信され、被検体から反射される超音波エコーの受信信号が、そのライン上における複数のサンプリングポイントでサンプリングされる。

ここで、複数の超音波トランスデューサの第１の部分集合から第１の超音波ビームが送信された後に、第１の部分集合から素子１個分以内でシフトされた複数の超音波トランスデューサの第２の部分集合から第２の超音波ビームが送信される。このようにして、ラインの方向を変えながら超音波の送受信を繰り返すことにより、１フレーム分の受信信号が得られる。１フレーム期間において、超音波ビームの送信回数は、ラインの数に等しく、超音波エコーの受信回数は、ラインの数と各ライン上のサンプリングポイントの数との積に等しい。この例においては、１２８個の素子を用いて、超音波の送信に用いる素子を０．５素子ずつずらしながら、１フレーム当り２５６回の送信を行うものとする。また、１回の受信における受信素子数としては、例えば、６４素子が設定される。１フレーム分の受信信号の数は、受信回数と受信素子数との積となる。

図９Ｂは、従来の超音波送受信方法における送信タイミング及びデータ処理を示すタイミングチャートである。深さ１５ｃｍの領域までの撮像を行う場合には、１本の超音波ビームを送信してから超音波エコーを受信するまでに要する時間は最大で０．２ｍ秒であるから、１フレーム期間（画像表示間隔）は、１フレーム分の超音波エコーを受信する時間と同じく５１．２ｍ秒となり、画像表示レートは１９．５フレーム／秒となる。

１フレーム期間において、超音波プローブから超音波ビームが０．２ｍ秒間隔で２５６の方向に順次送信され、超音波エコーを受信して得られる受信信号に基づいてラインデータが生成される。生成されたラインデータは、超音波プローブから超音波診断装置本体に伝送され、超音波診断装置本体において処理されて、画像信号が生成される。

図９Ｃは、従来の超音波送受信方法を実施するための超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波プローブ５と超音波診断装置本体６とによって構成される。超音波プローブ５は、複数の超音波トランスデューサ５１と、複数の超音波トランスデューサ５１に複数の駆動信号を供給する駆動信号生成部５２と、複数の超音波トランスデューサ５１から出力される複数の受信信号に対して受信フォーカス処理を施すことによりＲＦデータを生成するビームフォーマ５３と、ＲＦデータに包絡線検波処理を施すことによりラインデータを生成して、生成されたラインデータを超音波診断装置本体６に送信する中間処理部５４とを含んでいる。超音波診断装置本体６は、超音波プローブ５から受信したラインデータに基づいて画像信号を生成する画像処理部６１と、画像信号に基づいて超音波診断画像を表示する表示部６２とを含んでいる。

従来の超音波送受信方法においては、１フレーム当りの超音波エコー収集時間が画像表示間隔と等しいので、ラインデータの伝送においてエラーが生じてもラインデータの再送等のための余裕時間が全くない。このように、表示部６２における超音波診断画像の表示レートは超音波エコー収集時間により決定されてしまうので、超音波プローブ５と超音波診断装置本体６との間の通信状態が悪くて通信に時間がかかる場合には、超音波診断装置本体６におけるラインデータの取得時間が一時的に遅れて、１フレーム内における画像表示が、あるラインで一時的に止まったり、さらには、表示フレームレートまで影響を受けて、一定のフレームレートでの動画表示ができず、フレームレートが一時的に変化する不自然な動画再生となる恐れがある。

図１０Ａは、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置において用いられる超音波送受信方法を示す図である。図１０Ａに示す超音波送受信方法においては、超音波ビームの幅を通常よりも広く設定することにより、超音波プローブ１に含まれている複数の超音波トランスデューサから被検体内の組織のエリアをカバーする幅広の超音波ビームが送信され、被検体内の組織のエリアから反射される超音波エコーの受信信号が、そのエリア内における複数のサンプリングポイントでサンプリングされて、エリアフォーミングが行われる。なお、本願において、超音波ビームの幅は、超音波ビームの進行方向に直交する線上において、超音波ビームの正面におけるピーク音圧の９０％以上の音圧が得られる領域によって定義される。

ここで、複数の超音波トランスデューサの第１の部分集合から第１の超音波ビームが送信された後に、第１の部分集合から素子１個分よりも多くシフトされた複数の超音波トランスデューサの第２の部分集合から第２の超音波ビームが送信されて、ブロックスイッチングが行われる。このようにして、エリアの方向を変えながら超音波の送受信を繰り返すことにより、１フレーム分の受信信号が得られる。１フレーム期間において、超音波ビームの送信回数は、エリアの数に等しく、超音波エコーの受信回数は、エリアの数と半径上のサンプリングポイントの数との積に等しい。この例においては、１２８個の超音波トランスデューサを用いて、６４素子から構成される部分集合を８素子ずつずらしながら、１フレーム当り９回の送信を行うものとする。また、１回の受信における受信素子数としては、例えば、６４素子が設定される。１フレーム分の受信信号の数は、受信回数と受信素子数との積となる。なお、超音波ビームの送信回数は、８回以上かつ６４回以下であることが望ましい。

図１０Ｂは、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置において用いられる超音波送受信方法における送信タイミング及びデータ処理を示すタイミングチャートである。深さ１５ｃｍの領域までの撮像を行う場合には、１本の超音波ビームを送信してから超音波エコーを受信するまでに要する時間は最大で０．２ｍ秒である。ここでは、従来の超音波送受信方法におけるのと同様に、１フレーム期間（画像表示間隔）を５１．２ｍ秒とし、画像表示レートを１９．５フレーム／秒とする。

１フレーム期間において、超音波プローブから超音波ビームが０．２ｍ秒間隔で９つの方向（エリア）に順次送信され、超音波エコーを受信して得られる受信信号に基づいて生データが生成される。１フレーム当りの超音波の送受信に要する時間は１．８ｍ秒であるから、１フレーム期間（５１．２ｍ秒）の内で４９．４ｍ秒間は超音波の送信を休止することができる。生成された生データは、超音波プローブから超音波診断装置本体に伝送され、超音波診断装置本体において処理されて、画像信号が生成される。

図１０Ｃは、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成の一部を示すブロック図である。図１０Ｃにおいては、図１及び図２に示す超音波診断装置の構成要素の一部が抜粋して示されている。このように、少なくとも１フレーム分の生データを格納するデータ格納部３５と、データ格納部３５から読み出される１フレーム毎の生データに受信フォーカス処理を施して画像信号を生成する画像形成部３６とを設けることによって、超音波プローブ１と超音波診断装置本体２との間の通信状態によらず、一定のフレームレートで高品質の画像表示を行うことが可能となる。さらに、幅の広い超音波ビームを用いてブロックスイッチング及びエリアフォーミングを行うことにより、超音波を送受信する回数を削減して、超音波プローブ１から超音波診断装置本体２に送信するデータ量を削減することができる。従って、伝送ビットレートを低減して伝送品質を高めることが可能である。また、超音波プローブ１と超音波診断装置本体２との間における伝送品質が悪い場合に、生データを再送することが容易になる。

この超音波送受信方法においては、複数の超音波トランスデューサ１０から出力される受信信号に基づいて得られる少なくとも１フレーム分の生データを超音波診断装置本体２のデータ格納部３５に格納した後に、画像形成部３６が画像信号を生成して、表示部３８に超音波診断画像を表示するので、表示タイミングは、超音波診断装置本体２側で自由に決定することができる。また、生データの通信処理と、生データに基づく画像信号生成処理とを、フレーム毎に独立して行うことができるので、通信処理と画像信号生成処理とのライン毎の同期制御等の複雑な制御動作が不要となり、シンプルな回路構成及び制御動作でワイヤレスシステムを実現することが可能となる。

さらに、この超音波送受信方法においては、上述のように超音波ビームの幅を通常よりも広く設定することにより、送信休止期間に対応して４９．４ｍ秒の余裕時間が生じるので、その間に超音波診断装置本体において１フレーム分の画像信号を生成し、表示タイミング制御部３６４（図２）によって設定される表示レートに従って、超音波診断画像を表示することができる。また、生データの伝送においてエラーが生じた場合には、超音波診断装置本体２から超音波プローブ１にデータ再送要求信号を送信することにより、超音波プローブ１から超音波診断装置本体２に生データを再送することができる。

図１０Ｄは、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置において用いられる超音波送受信方法の変形例を示す図である。図１０Ｄに示す例においては、１つのエリアが、半径方向（図中のＲ方向）において６つのサンプリングポイントを含んでおり、偏角方向（図中のθ方向）において５つのサンプリングポイントを含んでいる。ここで、複数の超音波トランスデューサ１０から出力される受信信号に基づいて得られる少なくとも１フレーム分の生データがデータ格納部３５に格納されるので、１つの音線信号を生成するために、複数回の送信によって得られる生データを利用することができる。

図１０Ｄに示すように、隣接する２つのエリアが互いにオーバーラップするように超音波ビームが送信される場合には、隣接する２つのエリアが互いにオーバーラップする領域内の１つのサンプリングポイントについて、複数回の送信によって得られる生データを利用して信号処理を行うことにより、１つの音線信号を生成することが可能となる。例えば、複数回の送信によって得られる生データに受信フォーカス処理を施して１つの音線信号を計算すると、ＳＮ比や、開口が広がったことにより低下した解像度を改善することができる。あるいは、複数回の送信によって得られる生データに基づいて、１つのサンプリングポイントについて複数の音線信号をそれぞれ生成した後に、それらの音線信号の平均値を求めることにより、ＳＮ比や、開口が広がったことにより低下した解像度が改善された１つの音線信号を得ることができる。

以上においては、１フレームの画像信号が１つの断面画像を表すものとして説明したが、３次元画像を形成する場合には、１フレームの画像信号が１つの立体画像を表すものとしても良い。

再び図２を参照すると、超音波診断装置本体２の制御部４２は、超音波ビームを形成するために使用される超音波トランスデューサの組のシフト量を変更するように図１に示す超音波プローブ１の制御部２２を介して送信制御部１２を制御することにより、超音波プローブ１から送信されるデータ量を変更することが可能である。

例えば、制御部４２は、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、隣接する２つのエリア間で互いにオーバーラップする量（例えば、サンプリングポイントの数）がフレーム間で異なるように、超音波トランスデューサの組のシフト量を制御しても良い。図１１Ａは、初期状態のフレームにおいて、隣接する２つのエリア間で互いにオーバーラップする量が５０％である状態を示している。一方、図１１Ｂは、所定数目のフレーム以降において、隣接する２つのエリア間で互いにオーバーラップする量が７５％である状態を示している。シフト量は、オペレータが超音波診断装置本体２の操作部４１を用いて設定しても良いし、制御部４２が自動的に設定しても良い。このような制御を行うことにより、所望のフレームにおけるＳＮ比や解像度を改善することができる。

あるいは、制御部４２は、図１２に示すように、隣接する２つのエリア間で互いにオーバーラップする量（例えば、サンプリングポイントの数）が１フレーム内で異なるように、超音波トランスデューサの組のシフト量を制御しても良い。図１２において、参照符号Ｚで示す範囲は、関心ゾーンを表している。関心ゾーンＺは、オペレータが超音波診断装置本体２の操作部４１を用いて設定しても良いし、超音波診断装置２内における画像解析部（図示せず）が画像の特徴量を抽出して自動的に設定しても良い。

関心ゾーンＺにおいては、隣接する２つのエリア間で互いにオーバーラップする量を大きくして（図１２においては７５％）、各サンプリングポイントについて、より多数回の送信によって得られる生データを利用して信号処理を行うことが可能となるように、シフト量が設定される。一方、関心ゾーンＺ以外においては、隣接する２つのエリア間で互いにオーバーラップする量を小さくするように（図１２においては５０％）、シフト量が設定される。このような制御を行うことにより、必要最小限の送信回数で、関心ゾーンＺにおけるＳＮ比や解像度が改善された音線信号を得ることができる。あるいは、関心ゾーンＺ以外において、隣接する２つのエリアが互いにオーバーラップしないようにシフト量を設定しても良い。

また、制御部４２は、超音波エコーの受信に用いられる超音波トランスデューサの数を変更するように、図１に示す超音波プローブ１の制御部２２を介してパラレル／シリアル変換部１６を制御することにより、超音波プローブ１から送信されるデータ量を変更することが可能である。従って、同一の超音波プローブを様々な超音波診断装置本体と組み合わせて、目的とする画質、システム規模、及び、コストに応じた超音波診断装置を構築することができる。

例えば、専用ハードウエアを有して処理能力が高い超音波診断装置本体に超音波プローブを組み合わせる場合には、送信回数を１２８回として、受信に用いられる素子の数を１２８素子としても良い。また、小型化及びコストを優先し、汎用コンピュータ及び小形表示部を有する超音波診断装置本体に超音波プローブを組み合わせる場合には、送信回数を３２回として、受信に用いられる素子の数を２４素子としても良い。それらの中間として、送信回数を６４回として、受信に用いられる素子の数を６４素子としても良い。

画像処理部３６３は、整相加算部３６２によって生成される音線信号に基づいて、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。画像処理部３６３は、ＳＴＣ（sensitivity time control）部と、ＤＳＣ（digital scan converter：ディジタル・スキャン・コンバータ）とを含んでいる。ＳＴＣ部は、音線信号に対して、超音波の反射位置の深度に応じて、距離による減衰の補正を施す。ＤＳＣは、ＳＴＣ部によって補正された音線信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）し、階調処理等の必要な画像処理を施すことにより、Ｂモード画像信号を生成する。

表示タイミング制御部３６４は、画像処理部３６３によってフレーム毎に生成される画像信号を表示制御部３７に供給するタイミングを制御することにより、適切なフレームレートで超音波診断画像が表示されるようにする。表示制御部３７は、画像形成部３４によって生成される画像信号に基づいて、表示部３８に超音波診断画像を表示させる。表示部３８は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部３７の制御の下で、超音波診断画像を表示する。

制御部４２は、操作部４１を用いたオペレータの操作に従って、超音波診断装置の各部を制御する。超音波診断装置本体２には電源スイッチ４５が設けられており、電源制御部４４は、電源スイッチ４５の状態に基づいて、電源部４６のオン／オフを制御する。プローブホルダに設けられた給電手段４７は、電磁誘導作用によって、超音波プローブ１の受電手段２７（図１）に電力を供給する。

以上において、通信制御部３２、シリアル／パラレル変換部３４、画像形成部３６、表示制御部３７、制御部４２、及び、電源制御部４４は、中央演算装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵに各種の処理を行わせるためのソフトウェア（プログラム）とによって構成されるが、それらをディジタル回路で構成しても良い。上記のソフトウェア（プログラム）は、格納部４３に格納される。格納部４３における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。

図１３は、図１に示す超音波プローブの第１の変形例を示すブロック図である。図１３に示す第１の変形例においては、図１に示す超音波プローブに対し、超音波プローブに設けられている複数の超音波トランスデューサ１０と送受信回路（駆動信号生成部１３内のＭ個の送信回路、及び、Ｍ個の受信信号処理部１５）との間の接続関係を切り換える切換回路２８が追加されている。その他の点に関しては、図１に示す超音波プローブと同様である。

一般に、リニアスキャン方式やコンベックススキャン方式の超音波プローブにおいては、送受信における開口が順次切り換えられながら被検体の走査が行われる。超音波プローブに設けられている超音波トランスデューサの数をＮとし、同時に使用される超音波トランスデューサの数をＭとすると（Ｍ＜Ｎ）、切換回路２８は、Ｎ個の超音波トランスデューサの内からＭ個の超音波トランスデューサを選択し、選択されたＭ個の超音波トランスデューサをＭ個の送受信回路にそれぞれ接続する。これにより、図１に示す超音波プローブと比較して、送受信回路の数を低減することができる。

図１４は、図１３に示す超音波プローブにおけるブロックスイッチングの例を示す図である。図１４においては、超音波を送信する超音波トランスデューサが、ハッチングで示されている。

第１回目の送信時において、図１４の（ａ）に示すように、第１の部分集合１０ａを構成する超音波トランスデューサに接続された切換回路２８ａがオンし、その他の切換回路がオフする。これにより、第１の部分集合１０ａを構成する超音波トランスデューサが複数の送受信回路にそれぞれ接続され、それらの超音波トランスデューサから超音波ビームが送信される。

第２回目の送信時において、図１４の（ｂ）に示すように、第２の部分集合１０ｂを構成する超音波トランスデューサに接続された切換回路２８ｂがオンし、その他の切換回路がオフする。これにより、第２の部分集合１０ｂを構成する超音波トランスデューサが複数の送受信回路にそれぞれ接続され、それらの超音波トランスデューサから超音波ビームが送信される。

第３回目の送信時において、図１４の（ｃ）に示すように、第３の部分集合１０ｃを構成する超音波トランスデューサに接続された切換回路２８ｃがオンし、その他の切換回路がオフする。これにより、第３の部分集合１０ｃを構成する超音波トランスデューサが複数の送受信回路にそれぞれ接続され、それらの超音波トランスデューサから超音波ビームが送信される。

図１５は、図１に示す超音波プローブの第２の変形例を示すブロック図である。図１５に示す第２の変形例においては、図１３に示す第１の変形例に対し、超音波受信時において２個の超音波トランスデューサ１０から出力される受信信号を加算する加算回路２９が追加されている。超音波送信時においては、駆動信号生成部１３に含まれている各送信回路が、１つの駆動信号を２個の超音波トランスデューサ１０に並列的に供給する。その他の点に関しては、図１に示す超音波プローブと同様である。

一般に、リニアスキャン方式やコンベックススキャン方式の超音波プローブにおいては、送受信方向が超音波トランスデューサの配列面に対して垂直とされるので、送受信における遅延量は、超音波ビームに対して対称となる。従って、Ｍ個の超音波トランスデューサによって形成される送受信開口において、第１番目の超音波トランスデューサと第Ｍ番目の超音波トランスデューサとについては遅延量が等しいので、受信信号Ｒ_１と受信信号Ｒ_Ｍとを加算し、又は、駆動信号を共通にすることができる。同様に、第２番目の超音波トランスデューサと第（Ｍ−１）番目の超音波トランスデューサとについては遅延量が等しいので、受信信号Ｒ_２と受信信号Ｒ_{（Ｍ−１）}とを加算し、又は、駆動信号を共通にすることができる。これにより、図１３に示す第１の変形例と比較して、受信信号処理部１５の数を半分にすることができ、また、超音波プローブと超音波診断装置本体との間の伝送ビットレートを半分にすることができる。

以上の実施形態においては、超音波プローブと超音波診断装置本体との間で無線通信を行う場合について説明したが、超音波プローブと超音波診断装置本体との間で有線で通信を行うようにしても良い。その場合には、超音波プローブと超音波診断装置とを接続する信号線の本数を低減することができる。また、超音波プローブの電源電圧は、超音波診断装置本体から供給されるようにしても良い。

本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波診断画像を生成する超音波診断装置において利用することが可能である。

１ 超音波プローブ
２ 超音波診断装置本体
１０ 超音波トランスデューサ
１１ 送信遅延パターン記憶部
１２ 送信制御部
１３ 駆動信号生成部
１４ 受信制御部
１５ 受信信号処理部
１６ パラレル／シリアル変換部
１７ メモリ
１８ 無線通信部
１９ 通信制御部
２１ 操作スイッチ
２２ 制御部
２３ 格納部
２４ バッテリ制御部
２５ 電源スイッチ
２６ バッテリ
２７ 受電手段
２８ 切換回路
２９ 加算回路
３１ 無線通信部
３２ 通信制御部
３３ 受信状態検出部
３４ シリアル／パラレル変換部
３５ データ格納部
３６ 画像形成部
３７ 表示制御部
３８ 表示部
４１ 操作部
４２ 制御部
４３ 格納部
４４ 電源制御部
４５ 電源スイッチ
４６ 電源部
４７ 給電手段
１５１ プリアンプ
１５２ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１５３ アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）
１５４ 直交検波処理部
１５４ａ、１５４ｂ ミキサ（掛算回路）
１５４ｃ、１５４ｄ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１５４ｅ 直交サンプリング部
１５５ａ、１５５ｂ サンプリング部
１５５ｃ 時分割サンプリング部
１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ メモリ
３６１ 受信遅延パターン記憶部
３６２ 整相加算部
３６３ 画像処理部
３６４ 表示タイミング制御部

Claims (15)

1. 複数の駆動信号に従って超音波ビームを送信すると共に、超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、前記複数の超音波トランスデューサの第１の部分集合から被検体内の組織のエリアをカバーする幅広の第１の超音波ビームが送信されるように複数の駆動信号を生成した後に、前記第１の部分集合から超音波トランスデューサ１個分よりも多くシフトされた前記複数の超音波トランスデューサの第２の部分集合から被検体内の組織のエリアをカバーする幅広の第２の超音波ビームが送信されるように複数の駆動信号を生成することにより、超音波ビームを形成するために使用される超音波トランスデューサの組をシフトさせる駆動信号生成手段と、前記複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号に基づいて、組織のエリアの情報を含むパラレルの生データを生成する受信信号処理手段と、前記受信信号処理手段によって生成されたパラレルの生データをシリアルの生データに変換するパラレル／シリアル変換手段と、前記パラレル／シリアル変換手段によって変換されたシリアルの生データを送信する通信手段とを含む超音波プローブと、
   前記超音波プローブから送信される生データに受信フォーカス処理を施して画像信号を生成する画像形成手段を含む超音波診断装置本体と、
   を具備する超音波診断装置。
2. 前記超音波診断装置本体が、前記超音波プローブから送信される生データを格納する格納手段をさらに含む、請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記格納手段が、少なくとも１フレーム分の生データを格納し、前記画像形成手段が、前記格納手段から読み出される１フレーム毎の生データに受信フォーカス処理を施して画像信号を生成する、請求項２記載の超音波診断装置。
4. 前記超音波診断装置本体が、超音波ビームを形成するために使用される超音波トランスデューサの組のシフト量を変更するように前記駆動信号生成手段を制御することにより、前記超音波プローブから送信されるデータ量を変更することが可能な制御手段をさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の超音波診断装置。
5. 前記制御手段が、隣接する２つのエリア間で互いにオーバーラップする量がフレーム間で異なるように前記超音波トランスデューサの組のシフト量を制御する、請求項４記載の超音波診断装置。
6. 前記制御手段が、隣接する２つのエリア間で互いにオーバーラップする量が１フレーム内で異なるように前記超音波トランスデューサの組のシフト量を制御する、請求項４記載の超音波診断装置。
7. 前記超音波診断装置本体が、超音波エコーの受信に用いられる超音波トランスデューサの数を変更するように前記パラレル／シリアル変換手段を制御することにより、前記超音波プローブから送信されるデータ量を変更することが可能な制御手段をさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の超音波診断装置。
8. 前記受信信号処理手段が、
   各超音波トランスデューサから出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成する信号前処理手段と、
   前記信号前処理手段によって生成される複素ベースバンド信号をサンプリングすることにより生データを生成するサンプリング手段と、
   を含む、請求項１〜７のいずれか１項記載の超音波診断装置。
9. 前記超音波プローブが、前記複数の超音波トランスデューサと前記信号前処理手段との間の接続関係を切り換える切換回路をさらに含む、請求項８記載の超音波診断装置。
10. 前記信号前処理手段が、
    各超音波トランスデューサから出力される受信信号を増幅するプリアンプと、
    前記プリアンプから出力される受信信号の帯域を制限するローパスフィルタと、
    前記ローパスフィルタから出力されるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換するアナログ／ディジタル変換器と、
    前記アナログ／ディジタル変換器によって変換されたディジタルの受信信号に対して直交検波処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成する直交検波処理手段と、
    を含む、請求項８又は９記載の超音波診断装置。
11. 前記信号前処理手段が、
    各超音波トランスデューサから出力される受信信号を増幅するプリアンプと、
    前記プリアンプから出力される受信信号の帯域を制限するローパスフィルタと、
    前記ローパスフィルタから出力されるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換するアナログ／ディジタル変換器と、
    前記アナログ／ディジタル変換器によって変換されたディジタルの受信信号に対して直交サンプリング処理を施すことにより第１の信号系列及び第２の信号系列を生成する直交サンプリング手段と、
    前記直交サンプリング手段によって生成される第１及び第２の信号系列の帯域を制限することにより複素ベースバンド信号を生成するローパスフィルタ手段と、
    を含む、請求項８又は９記載の超音波診断装置。
12. 前記サンプリング手段が、前記信号前処理手段によって生成される複素ベースバンド信号に含まれている２つの信号を交互に時分割でサンプリングする、請求項８〜１１のいずれか１項記載の超音波診断装置。
13. 前記通信手段が、前記複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号に基づいて得られる生データを無線で送信する、請求項１〜３のいずれか１項記載の超音波診断装置。
14. 前記超音波プローブが、
    前記複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号に基づいて得られる生データを一時的に格納するメモリと、
    前記超音波診断装置本体からの再送要求に応じて、前記メモリから読み出される生データを前記通信手段に送信させる制御手段と、
    をさらに含む、請求項１３記載の超音波診断装置。
15. 前記超音波診断装置本体が、
    前記超音波プローブから送信される生データの受信状態を検出する受信状態検出手段と、
    前記受信状態検出手段によって検出された受信状態が所定のレベル以下であるときに、前記超音波プローブに再送要求を送信する第２の通信手段と、
    をさらに含む、請求項１４記載の超音波診断装置。

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